论文部分内容阅读
【摘要】本文从材料、设计、施工以及养护等方面探讨了大体积混凝土温度裂缝的控制措施和要点。
【关键词】大体积混凝土；防裂技术；施工技术
引言
随着我国建筑行业施工技术的不断提高，大体积混凝土结构已广泛应用于工程项目中，大体积混凝土的裂缝防治是该行业的重大技术问题，因此研究大体积混凝土防裂措施具有相当重要的意义。
一、大体积混凝土的定义
大体积混凝土是指尺寸大的混凝土。正确的定义应是：体积大至需要采取措施防止因水化热引起体积变化而导致裂缝的混凝土，称为大体积混凝土。例如：大坝、电站、桥梁、大型工厂、大型设备等。
二、大体积混凝土易裂的原因
2.1水化温升高，体积变化大
混凝土體积越大，水泥水化产生的热量越不容易散发，温升越高，引起的体积变化越大。
2.2受约束，产生拉应力
不受约束（即能自由伸缩）的混凝土是不会产生内应力的，体积变化受约束才产生内应力。约束分为外部约束和内部约束。混凝土浇在岩石上或老混凝土上，其体积变化将受外部岩石或老混凝土约束，初期因水泥急剧水化升温，体积膨涨，处于受压状态，但因混凝土（强度低）弹性模量低，产生的压应力很小。后期水泥水化热减小，散发热量大于水化热量，温度降低，体积收缩，受岩石或老混凝土约束，由受压状态变为受拉状态，产生拉应力。
2.3抗拉能力低
混凝土是脆性材料，抗压能力较高，抗拉能力较低。抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右。极限拉伸也很小。大体积混凝土温度变形受约束时产生的拉应力很容易超过极限拉伸而产生裂缝。
以上3个原因若同时存在并达到相当程度必然会产生裂缝。缺少其中一个，或其中一个没有达到相当程度，裂缝可能不会发生。当然最根本的原因是水化温升产生的较大体积变化。
三、大体积混凝土防裂措施
针对裂缝的成因，大体积混凝土的防裂措施应是：减小温度变形，消除或减小约束程度，提高抗拉能力。
3.1减小温度变形
3.1.1使用水化热低的水泥
由于矿物成分及掺加混合材料数量不同，水泥的水化热差异较大，铝酸三钙和硅酸三钙含量高的，水化热较高；混合材掺量多的水泥水化热较低。为降低水化温升，减小体积变形，大体积混凝土一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥，更不宜使用早强型水泥。
3.1.2尽量降低水泥用量
水泥水化产生的水化热是大体积混凝土发生温度变化从而导致体积变化的主要根源。干湿和化学变化也会造成体积变化， 但通常都远小于水泥水化热产生的体积变化。因此， 除采用水化热低的水泥外， 要减少温度变形， 还应降低水泥用量。具体要求如下。
1）在满足结构安全的前提下， 尽量降低设计要求强度， 以减少水泥用量。
2）充分利用混凝土后期增长的强度及其他性能，采用较长的设计龄期。混凝土的强度、抗渗性等都随龄期的增长而提高， 特别是掺加活性混合材（矿渣、粉煤灰）的混凝土。大体积混凝土因工程量大， 施工时间长， 有条件采用较长的设计龄期， 如90、180d、甚至1年。折算成常规龄期28d的设计强度就可降低， 从而减少水泥用量。
3）精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配。如尽可能采用大的骨料最大粒径。最大粒径越大， 骨料的空隙率和表面积越小， 混凝土的水泥浆及水泥用量就越小。通常规定， 骨料最大粒径不得大于结构断面最小尺寸的1/4（板厚的1/2）， 钢筋净距的3/4。又如选用优良的骨料级配（包括砂率）。优良级配骨料的空隙率和表面积小， 水泥用量也小。比较优良的粗骨料级配， 其中最大粒径～ 1/2最大粒径的颗粒含量约为50%左右。此外， 合理的间断级配亦可有效地降低水泥用量。比较简便的是剔出5 ～ 10mm的颗粒。
4）掺加粉煤灰 粉煤灰的水化热远小于水泥， 7d约为水泥的1/3， 28d约为水泥的1/2。掺加粉煤灰减小水泥用量可有效降低水化热。大体积混凝土的强度通常要求较低， 允许掺加较多的粉煤灰。另外， 优质粉煤灰的需水性小， 有减水作用， 可降低混凝土的单位用水量和水泥用量， 还可减小混凝土的自身体积收缩， 有的还略有膨胀， 有利于防裂。掺粉煤灰还能抑制碱-骨料反应并防止因此产生的裂缝。
5）掺减水剂 掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量， 从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用， 可降低水化温升， 有利于防裂。
3.1.3采用线胀系数小的骨料
混凝土由水泥浆和骨料组成， 其线胀系数为水泥浆和骨料线胀系数的加权（占混凝土的体积）平均值。大体积混凝土中的骨料体积占75%以上， 采用线胀系数小的骨料对降低混凝土的线胀系数， 从而减小温度变形的作用是十分显著的。
3.1.4采用合理的施工方法
主要是运输方法。大体积混凝土不宜采用泵送。因为可泵性限制了骨料的最大粒径， 且要求流动度大，结果水泥用量大， 水化温升高， 是十分不利于防裂的。大体积混凝土应采用吊罐吊运， 或其他运输方式， 以使用大的骨料和较小的流动度。若只能泵送， 则应埋放块石。
3.1.5在低温季节或低温时段浇注
除水泥水化温升外， 混凝土本身的温度也是造成体积变化的原因， 所以也应尽量降低。有条件的应尽量在冬季浇注， 避免在夏季浇注。若无法做到， 则应避免在午间高温时浇注。
3.1.6冷却混凝土
冷却混凝土分预冷和后冷。预冷在浇注前进行，主要的方法是加冰拌合和冷却骨料。深度预冷的制冷规模大， 冷量损失大， 是否采用应经技术经济比较。后冷在浇注后进行。主要是在结构内埋设水管， 通低温水冷却， 冷却效率高， 冷量损失小。浇注块不太厚的，亦可采用表面流水冷却， 也有较好效果， 且节约水管。
3.1.7做好表面隔热保护
大体积混凝土的裂缝， 特别是表面裂缝， 主要是由于内外温差过大产生的。浇注后， 水泥水化使混凝土温度升高， 表面易散热温度较低， 内部不易散热温度较高， 相对的表面收缩而内部膨胀， 表面收缩受内部约束产生拉应力。但通常这种拉应力较小， 不至于超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。只有同时遇冷空气袭击，或过水或过分通风散热， 使表面降温过大时才会发生裂缝（浇注后5 ～ 20d最易发生）。表面隔热保护可防止表面降温过大， 减小内外温差， 是防裂的有效措施。
3.1.8使用微膨胀水泥
使用微膨胀水泥的目的是在混凝土降温收缩时膨胀， 补偿收缩， 防止裂缝。但目前使用的微膨胀水泥，大多膨胀过早， 即混凝土升温时膨胀， 降温时已经膨胀完毕， 也开始收缩， 只能使升温时的压应力稍有增加，补偿收缩的作用不大。所以应该使用后期膨胀的微膨胀水泥。
3.2消除或降低约束
1）内部约束是无法消除和降低的。
2）外部约束主要决定于基岩或老混凝土的弹性模量。弹性模量越高， 约束程度越大。对于必须与基岩或老混凝土连接的建筑物， 如大坝， 要降低基岩的弹性模量是难以做到的， 要降低下层混凝土的弹性模量， 则应在其未充分硬化时浇注。对于允许和基岩或老混凝土脱离的建筑物， 如大型设备基础， 则可采取以下措施消除外部约束：①岩石上可铺一薄层砂碎石；②老混凝土上可铺沥青油毡；③侧面为岩石或老混凝土时， 亦可用沥青油毡隔开。
三、结束语
在大体积混凝土结构内一旦出现裂缝，要通过修补以恢复结构的整体性实际上是很困难的。因此，对于大体积混凝土结构的裂缝，应以预防为主。
参考文献：
[1]曹力，刘京京，黄敏虎.大体积混凝土施工中的温度控制[J].北京水利.2000（05）
[2]于航.加强施工管理，控制大体积混凝土裂缝产生[J].建筑管理现代化.2000（02）
【关键词】大体积混凝土；防裂技术；施工技术
引言
随着我国建筑行业施工技术的不断提高，大体积混凝土结构已广泛应用于工程项目中，大体积混凝土的裂缝防治是该行业的重大技术问题，因此研究大体积混凝土防裂措施具有相当重要的意义。
一、大体积混凝土的定义
大体积混凝土是指尺寸大的混凝土。正确的定义应是：体积大至需要采取措施防止因水化热引起体积变化而导致裂缝的混凝土，称为大体积混凝土。例如：大坝、电站、桥梁、大型工厂、大型设备等。
二、大体积混凝土易裂的原因
2.1水化温升高，体积变化大
混凝土體积越大，水泥水化产生的热量越不容易散发，温升越高，引起的体积变化越大。
2.2受约束，产生拉应力
不受约束（即能自由伸缩）的混凝土是不会产生内应力的，体积变化受约束才产生内应力。约束分为外部约束和内部约束。混凝土浇在岩石上或老混凝土上，其体积变化将受外部岩石或老混凝土约束，初期因水泥急剧水化升温，体积膨涨，处于受压状态，但因混凝土（强度低）弹性模量低，产生的压应力很小。后期水泥水化热减小，散发热量大于水化热量，温度降低，体积收缩，受岩石或老混凝土约束，由受压状态变为受拉状态，产生拉应力。
2.3抗拉能力低
混凝土是脆性材料，抗压能力较高，抗拉能力较低。抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右。极限拉伸也很小。大体积混凝土温度变形受约束时产生的拉应力很容易超过极限拉伸而产生裂缝。
以上3个原因若同时存在并达到相当程度必然会产生裂缝。缺少其中一个，或其中一个没有达到相当程度，裂缝可能不会发生。当然最根本的原因是水化温升产生的较大体积变化。
三、大体积混凝土防裂措施
针对裂缝的成因，大体积混凝土的防裂措施应是：减小温度变形，消除或减小约束程度，提高抗拉能力。
3.1减小温度变形
3.1.1使用水化热低的水泥
由于矿物成分及掺加混合材料数量不同，水泥的水化热差异较大，铝酸三钙和硅酸三钙含量高的，水化热较高；混合材掺量多的水泥水化热较低。为降低水化温升，减小体积变形，大体积混凝土一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥，更不宜使用早强型水泥。
3.1.2尽量降低水泥用量
水泥水化产生的水化热是大体积混凝土发生温度变化从而导致体积变化的主要根源。干湿和化学变化也会造成体积变化， 但通常都远小于水泥水化热产生的体积变化。因此， 除采用水化热低的水泥外， 要减少温度变形， 还应降低水泥用量。具体要求如下。
1）在满足结构安全的前提下， 尽量降低设计要求强度， 以减少水泥用量。
2）充分利用混凝土后期增长的强度及其他性能，采用较长的设计龄期。混凝土的强度、抗渗性等都随龄期的增长而提高， 特别是掺加活性混合材（矿渣、粉煤灰）的混凝土。大体积混凝土因工程量大， 施工时间长， 有条件采用较长的设计龄期， 如90、180d、甚至1年。折算成常规龄期28d的设计强度就可降低， 从而减少水泥用量。
3）精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配。如尽可能采用大的骨料最大粒径。最大粒径越大， 骨料的空隙率和表面积越小， 混凝土的水泥浆及水泥用量就越小。通常规定， 骨料最大粒径不得大于结构断面最小尺寸的1/4（板厚的1/2）， 钢筋净距的3/4。又如选用优良的骨料级配（包括砂率）。优良级配骨料的空隙率和表面积小， 水泥用量也小。比较优良的粗骨料级配， 其中最大粒径～ 1/2最大粒径的颗粒含量约为50%左右。此外， 合理的间断级配亦可有效地降低水泥用量。比较简便的是剔出5 ～ 10mm的颗粒。
4）掺加粉煤灰 粉煤灰的水化热远小于水泥， 7d约为水泥的1/3， 28d约为水泥的1/2。掺加粉煤灰减小水泥用量可有效降低水化热。大体积混凝土的强度通常要求较低， 允许掺加较多的粉煤灰。另外， 优质粉煤灰的需水性小， 有减水作用， 可降低混凝土的单位用水量和水泥用量， 还可减小混凝土的自身体积收缩， 有的还略有膨胀， 有利于防裂。掺粉煤灰还能抑制碱-骨料反应并防止因此产生的裂缝。
5）掺减水剂 掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量， 从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用， 可降低水化温升， 有利于防裂。
3.1.3采用线胀系数小的骨料
混凝土由水泥浆和骨料组成， 其线胀系数为水泥浆和骨料线胀系数的加权（占混凝土的体积）平均值。大体积混凝土中的骨料体积占75%以上， 采用线胀系数小的骨料对降低混凝土的线胀系数， 从而减小温度变形的作用是十分显著的。
3.1.4采用合理的施工方法
主要是运输方法。大体积混凝土不宜采用泵送。因为可泵性限制了骨料的最大粒径， 且要求流动度大，结果水泥用量大， 水化温升高， 是十分不利于防裂的。大体积混凝土应采用吊罐吊运， 或其他运输方式， 以使用大的骨料和较小的流动度。若只能泵送， 则应埋放块石。
3.1.5在低温季节或低温时段浇注
除水泥水化温升外， 混凝土本身的温度也是造成体积变化的原因， 所以也应尽量降低。有条件的应尽量在冬季浇注， 避免在夏季浇注。若无法做到， 则应避免在午间高温时浇注。
3.1.6冷却混凝土
冷却混凝土分预冷和后冷。预冷在浇注前进行，主要的方法是加冰拌合和冷却骨料。深度预冷的制冷规模大， 冷量损失大， 是否采用应经技术经济比较。后冷在浇注后进行。主要是在结构内埋设水管， 通低温水冷却， 冷却效率高， 冷量损失小。浇注块不太厚的，亦可采用表面流水冷却， 也有较好效果， 且节约水管。
3.1.7做好表面隔热保护
大体积混凝土的裂缝， 特别是表面裂缝， 主要是由于内外温差过大产生的。浇注后， 水泥水化使混凝土温度升高， 表面易散热温度较低， 内部不易散热温度较高， 相对的表面收缩而内部膨胀， 表面收缩受内部约束产生拉应力。但通常这种拉应力较小， 不至于超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。只有同时遇冷空气袭击，或过水或过分通风散热， 使表面降温过大时才会发生裂缝（浇注后5 ～ 20d最易发生）。表面隔热保护可防止表面降温过大， 减小内外温差， 是防裂的有效措施。
3.1.8使用微膨胀水泥
使用微膨胀水泥的目的是在混凝土降温收缩时膨胀， 补偿收缩， 防止裂缝。但目前使用的微膨胀水泥，大多膨胀过早， 即混凝土升温时膨胀， 降温时已经膨胀完毕， 也开始收缩， 只能使升温时的压应力稍有增加，补偿收缩的作用不大。所以应该使用后期膨胀的微膨胀水泥。
3.2消除或降低约束
1）内部约束是无法消除和降低的。
2）外部约束主要决定于基岩或老混凝土的弹性模量。弹性模量越高， 约束程度越大。对于必须与基岩或老混凝土连接的建筑物， 如大坝， 要降低基岩的弹性模量是难以做到的， 要降低下层混凝土的弹性模量， 则应在其未充分硬化时浇注。对于允许和基岩或老混凝土脱离的建筑物， 如大型设备基础， 则可采取以下措施消除外部约束：①岩石上可铺一薄层砂碎石；②老混凝土上可铺沥青油毡；③侧面为岩石或老混凝土时， 亦可用沥青油毡隔开。
三、结束语
在大体积混凝土结构内一旦出现裂缝，要通过修补以恢复结构的整体性实际上是很困难的。因此，对于大体积混凝土结构的裂缝，应以预防为主。
参考文献：
[1]曹力，刘京京，黄敏虎.大体积混凝土施工中的温度控制[J].北京水利.2000（05）
[2]于航.加强施工管理，控制大体积混凝土裂缝产生[J].建筑管理现代化.2000（02）